Illustration : Pauline Stive
Le chantier de restauration de la cathédrale Notre-Dame de Paris a donné lieu à de très nombreux projets de recherche. Une aventure scientifique unique au monde !
Le 15 avril 2019, Paris – et le monde – retient son souffle devant l’incendie ravageant la cathédrale Notre-Dame. Dès le lendemain du drame, des dizaines de scientifiques se portent volontaires pour contribuer à la restauration, mais aussi pour récolter le plus d’informations possible sur la structure mise à nu, faire parler les tonnes de décombres, et accumuler les connaissances sur cet édifice peu étudié.
Un « chantier scientifique » d’une ampleur inédite est ainsi mis en place en parallèle de la reconstruction. Pendant 5 ans, une centaine de chercheurs et chercheuses de neuf groupes de travail ont planché sur les matériaux, les œuvres d’art, les techniques du Moyen Âge, mais aussi sur l’histoire, l’archéologie ou encore les propriétés acoustiques du bâtiment.
Pilotée par le Centre national de la recherche scientifique (CNRS) et le ministère de la Culture français, cette vaste entreprise a été coordonnée par quatre spécialistes, dont Philippe Dillmann, directeur de recherche à l’Institut de recherche sur les archéomatériaux du CNRS. Ce spécialiste de la chimie et de l’histoire des métaux revient sur cette mobilisation hors du commun, qui a donné lieu à une myriade de projets interdisciplinaires. La cathédrale rouvrira ses portes au public le 8 décembre prochain ; mais la recherche, elle, se poursuivra encore longtemps, grâce à toutes les données amassées pendant cette chirurgie à nef ouverte.
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Québec Science Comment le chantier scientifique a-t-il été mis sur pied ?
Philippe Dillmann Dans les jours qui ont suivi l’incendie, de nombreux scientifiques ont été touchés par ce qu’on appelle l’émotion patrimoniale.
Ils ont proposé un certain nombre de projets de recherche pour accompagner le chantier de restauration, qui sont remontés à la présidence du CNRS et au ministère de la Culture. Ces projets ont été structurés au sein du « chantier scientifique CNRS/ministère de la Culture », ce qui a permis de financer des thèses de doctorat et de soutenir la recherche. Dans le lot, on a aussi des collègues allemands, américains… Tout cela a servi d’effet de levier, puisque ces équipes ont ensuite cherché à obtenir d’autres types de financements, européens ou nationaux, avec un certain succès. La priorité était donnée au chantier de restauration, mais avec un accueil très favorable des scientifiques par les architectes.
QS Leur but était-il d’aider à la restauration de l’édifice ?
PD En partie, mais, en fait, tout le spectre de ce qu’on peut avoir comme type de science autour de la cathédrale a été convoqué. On parle de plusieurs temporalités et de plusieurs approches, pour accompagner la restauration, mais également enrichir les connaissances sur la cathédrale. C’est tout un continuum !
Il y a d’abord une part d’expertise scientifique, qui a permis de répondre à des questions précises, par exemple sur l’altération des matériaux. Ensuite, certains projets ressemblaient plus à de la recherche et du développement, par exemple du calcul de structure pour aider les bureaux d’études d’architectes.
Et puis il y a ce qu’on appelle la recherche ouverte, en histoire des techniques, en histoire de l’art, par exemple, ou encore les études sur le climat médiéval à partir de l’analyse du bois.
QS Comment s’est organisée la collaboration entre toutes les disciplines ?
PD Avec les autres coordinateurs, nous nous sommes assurés que les gens travaillaient ensemble, de manière complémentaire, et nous avons organisé plusieurs rencontres pour mettre les travaux en commun. Fin avril 2024, nous avons monté un colloque, qui a été un jalon important ! C’était très émouvant de voir les collaborations qui se sont tissées au cours de ces cinq ans de travail, entre plus de 50 laboratoires.
QS Quel était votre projet à vous, en tant qu’archéométallurgiste ?
PD Je m’intéresse à la place du métal dans les sociétés anciennes, donc à sa production, à sa qualité, à la façon dont il était utilisé… En particulier, mon équipe étudie l’usage du fer dans les monuments gothiques, soit comment ce métal a été employé pour renforcer la structure. On connaissait cet usage dans des monuments plus tardifs, mais là, on a vraiment eu la surprise de découvrir un grand nombre d’agrafes en fer [des sortes de crochets de plusieurs kilos qui relient les pierres entre elles], à des endroits qui étaient cachés par la charpente. Il y a une série d’agrafes qui fait le tour de la cathédrale ; elles n’auraient pas pu être découvertes sans l’incendie. On en a aussi découvert au niveau des tribunes, au premier étage.
En collaboration avec d’autres équipes, notamment des spécialistes de la datation, mon laboratoire a mis au point une technique pour dater ce fer. Elle fait appel au carbone 14, car dans les procédés anciens, pour transformer l’oxyde de fer [le minerai] en métal, on le chauffait dans un fourneau avec du charbon de bois. Un peu de carbone de ce charbon de bois pénétrait dans le matériau et y restait. Nous avons réussi à l’extraire, à dater l’arbre qui a servi à faire le charbon de bois, qui a lui-même servi à faire le métal ! On a pu confirmer que toutes ces agrafes avaient été installées à la première phase de la construction, au 12e siècle. C’est le plus ancien emploi connu du fer dans l’architecture gothique, et cela est probablement un des facteurs qui ont permis à Notre-Dame de faire un véritable saut de hauteur par rapport aux autres édifices de l’époque.
QS Y a-t-il eu d’autres surprises ?
PD Oui, notamment des découvertes archéologiques. Des fouilles préventives ont été effectuées avant de placer un échafaudage, ce qui a permis de découvrir un jubé, un mur du 13e siècle qui séparait le chœur de la nef. Il a été détruit au 18e siècle, mais les vestiges n’ont pas été évacués. On a pu mettre au jour des sculptures impressionnantes, qui feront l’objet de futures études.
Les informations sur le climat médiéval sont aussi très intéressantes. On n’avait pas encore de données sur du bois provenant d’Île-de-France, la grande région englobant Paris. Grâce à la dendro-isotopie [soit l’analyse des isotopes de carbone, azote, oxygène et hydrogène présents dans les cernes de croissance des arbres], on a des données spécifiques sur les températures en région parisienne. Elles précisent notre portrait du petit réchauffement climatique qui a eu lieu au Moyen Âge autour de l’an 1000.
QS Comment savez-vous d’où vient le bois de la charpente ?
PD Grâce à la collaboration entre les spécialistes de l’isotopie et les archéologues. Ces derniers ont montré qu’il y avait des trous de cordage pour l’assemblage de trains de flottage du bois – il était donc coupé en amont de Paris et amené par la Seine. Quant à la composition en certains éléments du bois, comme le strontium, elle reflète la nature du sol sur lequel l’arbre a grandi, à la manière d’une empreinte digitale. La forêt d’origine a pu être identifiée, et elle sera révélée dans une publication à venir.
En ce qui concerne le fer, en revanche, on n’a pas encore trouvé son origine. On a suivi une démarche similaire : on a comparé les impuretés du métal avec les déchets de production que l’on trouve sur les sites archéologiques. On les a comparées à tout le référentiel disponible en Île-de-France, et ce n’est pas du fer local comme on aurait pu s’y attendre.
Agrafes en fer provenant du chantier de Notre-Dame de Paris. Photo : © Cyril FRESILLON/IRAMAT/NIMBE/ArScAn/CEA/Chantier Scientifique Notre-Dame de Paris/Ministère de la culture/CNRS
QS En quoi le mariage des diverses disciplines éclaire-t-il différemment l’histoire de la cathédrale ?
PD Plusieurs phases de construction se sont succédé entre le 12e et le 14e siècles ; le fait de pouvoir dater séparément chaque couche, comme la charpente et les agrafes situées en dessous, permet de revisiter le phasage de la construction. On peut ainsi croiser les résultats de datation sur la pierre, sur le métal, la dendrochronologie [datation du bois à partir des anneaux de croissance] faite sur la charpente. Par exemple, on sait maintenant que les voûtes du déambulatoire, au premier étage, ont été finies avant 1173 grâce à la datation précise des morceaux de bois provenant d’anciens tirants dont les extrémités sont restées dans la maçonnerie et qui ont pu être extraits.
QS Au-delà des connaissances techniques, il y a aussi eu des recherches en sciences humaines. De quel type ?
PD Par exemple, des recherches sur l’émotion patrimoniale en elle-même, sur la façon dont les différentes communautés ont réagi à l’incendie. Il y a aussi une étude sur la sacralité des matériaux utilisés pour la restauration : tous ces arbres exceptionnels, collectés dans différentes forêts françaises, acquièrent un caractère sacré, au sens large, par le fait qu’ils sont utilisés pour restaurer la cathédrale.
Et puis il y a eu tout un travail sur la transmission du savoir, sur les gestes techniques des charpentiers. On sait que le bois utilisé initialement était du bois vert, non séché, taillé à la doloire, une sorte de hache médiévale. La nouvelle charpente est en bois vert elle aussi ; des anthropologues ont suivi les artisans pour voir comment ils reproduisaient certains gestes du Moyen Âge [une cinquantaine de haches ont été réalisées pour l’occasion].
QS Les données acquises seront regroupées et accessibles gratuitement au sein d’une plateforme numérique. En quoi consiste-t-elle ?
PD Toutes les données sont stockées dans un jumeau numérique de l’édifice, qui représente une véritable… cathédrale de connaissances. Ce double virtuel a été réalisé grâce à des numérisations 3D effectuées avant et après l’incendie et sera accessible au public. L’idée est de pouvoir constituer une sorte de base de données, mise à disposition des équipes de recherche, qui permettra de croiser les informations… Il y a une telle moisson de résultats qu’il y en a encore pour des années d’exploitation !
Livio De Luca [architecte et directeur de recherche au CNRS], qui s’occupe de ça avec son équipe, va aussi étudier le rythme d’acquisition des connaissances interdisciplinaires liées à ce chantier. Il examinera la façon dont on fait la science, comment ces différentes équipes travaillent entre elles et élaborent un langage commun… Car c’est la première fois qu’un chantier scientifique d’une telle ampleur et d’une telle complexité est constitué pour restaurer et étudier un monument. Il y aura un avant et un après.
Un livre à lire pour en savoir plus : Notre-Dame de Paris. La science à l’œuvre, éditions Le Cherche midi, 2022, 184 pages
